Συμφέρουσα παραγωγή υδρογέλης μέσω υπερήχων
Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, αξιόπιστη και απλή τεχνική για την παρασκευή υδρογέλων υψηλής απόδοσης. Αυτές οι υδρογέλες προσφέρουν εξαιρετικές ιδιότητες υλικών, όπως ικανότητες απορρόφησης, ιξωδωτικότητα, μηχανική αντοχή, συντελεστή συμπίεσης και λειτουργίες αυτοθεραπείας.
Υπερηχητικός πολυμερισμός και διασπορά για την παραγωγή υδρογέλης
Οι υδρογέλες είναι υδρόφιλα, τρισδιάστατα πολυμερή δίκτυα που είναι σε θέση να απορροφήσουν μεγάλες ποσότητες νερού ή υγρών. Οι υδρογέλες παρουσιάζουν εξαιρετική ικανότητα διόγκωσης. Τα κοινά δομικά στοιχεία των hydrgels περιλαμβάνουν πολυβινυλική αλκοόλη, πολυαιθυλενογλυκόλη, πολυακρυλικό νάτριο, ακρυλικά πολυμερή, καρβομερή, πολυσακχαρίτες ή πολυπεπτίδια με υψηλό αριθμό υδρόφιλων ομάδων και φυσικές πρωτεΐνες όπως κολλαγόνο, ζελατίνη και ινώδες.
Οι λεγόμενες υβριδικές υδρογέλες αποτελούνται από διάφορα χημικά, λειτουργικά και μορφολογικά διακριτά υλικά, όπως πρωτεΐνες, πεπτίδια ή νανο- / μικροδομές.
Υπερήχων διασπορά χρησιμοποιείται ευρέως ως μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για την ομογενοποίηση νανοϋλικών όπως νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), νανο-κρυστάλλους κυτταρίνης, νανοΐνες χιτίνης, διοξείδιο του τιτανίου, νανοσωματίδια αργύρου, πρωτεΐνες και άλλα micron- ή νανοδομές στην πολυμερή μήτρα των υδρογέλων. Αυτό καθιστά την κατεργασία με υπερήχους ένα κύριο εργαλείο για την παραγωγή υδρογέλης υψηλής απόδοσης με εξαιρετικές ιδιότητες.
Υπερήχων UIP1000hdT με τον αντιδραστήρα γυαλιού για τη σύνθεση υδρογέλης
Τι δείχνει η έρευνα – Υπερηχητική προετοιμασία υδρογέλης
Πρώτον, υπερήχους προωθεί πολυμερισμό και διασταυρούμενη σύνδεση αντιδράσεις κατά τη διάρκεια του σχηματισμού υδρογέλης.
Δεύτερον, υπερήχους έχει αποδειχθεί ως αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική διασποράς για την παραγωγή υδρογέλες και νανοσύνθετες υδρογέλες.
Υπερηχητική διασταυρούμενη σύνδεση και πολυμερισμός των υδρογέλων
Υπερήχους βοηθά στο σχηματισμό πολυμερών δικτύων κατά τη διάρκεια της σύνθεσης υδρογέλης μέσω της παραγωγής ελεύθερων ριζών. Τα έντονα κύματα υπερήχων δημιουργούν ακουστική σπηλαίωση που προκαλούν δυνάμεις υψηλής κλίσης, μοριακή κουρέωση και σχηματισμό ελεύθερων ριζών.
Cass et al. (2010) παρασκευασμένα αρκετές "ακρυλικές υδρογέλες προετοιμάστηκαν μέσω υπερήχων πολυμερισμού των υδατοδιαλυτών μονομερών και μακρομονομερών. Ο υπέρηχος χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ριζών έναρξης σε ιξώδεις υδατικές μονομερείς διαλυτικές ουσίες χρησιμοποιώντας τα πρόσθετα γλυκερίνη, σορβιτόλη ή γλυκόζη σε ανοιχτό σύστημα στους 37°C. Τα υδατοδιαλυτά πρόσθετα ήταν απαραίτητα για την παραγωγή υδρογέλης, με τη γλυκερίνη να είναι η πιο αποτελεσματική. Οι υδρογέλες παρασκευάστηκαν από το μονομερές 2-υδροξυαιθυλομεθακρυλικό, πολυ (αιθυλενογλυκόλη) διμεθρακυλικό, δεξτράνιο μεθακρυλικό, ακρυλικό οξύ/αιθυλενογλυκυλικό διμεθρακυλικό και ακρυλαμίδιο/bis-ακρυλαμίδιο." [Κας κ.ά. 2010] Υπερήχων εφαρμογή χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό καθετήρα βρέθηκε να είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τον πολυμερισμό των υδατοδιαλυτών μονομερών βινυλίου και την επακόλουθη προετοιμασία των υδρογέλων. Ο υπερηχητικά μυτεύεται πολυμερισμός συμβαίνει γρήγορα απουσία ενός χημικού εκκινητή.
- νανοσωματίδια, π.χ. TiO2
- νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs)
- νανοκρυστάλλα κυτταρίνης (CNCs)
- νανοΐνες κυτταρίνης
- ούλα, π.χ. ξανθάνη, κόμμι σπόρων φασκόμηλου
- Πρωτεΐνες
SEM πολυ(υδρογέλη ακρυλαμιδίου-συν-ιτακόνικου οξέος που περιέχει MWCNTs. Τα MWCNTs διασκορπίστηκαν με υπερήχους χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό UP200S.
μελέτη και εικόνα: Mohammadinezhada et al., 2018
Κατασκευή πολυ(ακρυλαμίδιο-συν-ιατακόνιο οξύ) – Υδρογέλη MWCNT με κατεργασία με υπερήχους
Η Mohammadinezhada et al. (2018) παρήγαγε με επιτυχία ένα υπεραπορροφητικό σύνθετο υδρογέλης που περιείχε πολυ (ακρυλαμίδιο-συν-ιτακονικό οξύ) και νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχώματων (MWCNTs). Υπερήχους πραγματοποιήθηκε με τη συσκευή υπερήχων Hielscher UP200S. Η σταθερότητα της υδρογέλης αυξήθηκε με την αύξηση των αναλογιών MWCNTs, οι οποίοι θα μπορούσαν να αποδοθούν στον υδρόφοβο χαρακτήρα των MWCNTs καθώς και στην αύξηση της πυκνότητας του crosslinker. Η ικανότητα κατακράτησης νερού (WRC) της υδρογέλης P(AAm-co-IA) αυξήθηκε επίσης παρουσία του MWCNT (10 wt%). Σε αυτή τη μελέτη, τα αποτελέσματα της υπερήχους αξιολογήθηκαν ανώτερη όσον αφορά την ομοιόμορφη κατανομή των νανοσωλήνων άνθρακα στην επιφάνεια του πολυμερούς. Τα MWCNTs ήταν άθικτα χωρίς διακοπή στην πολυμερή δομή. Επιπλέον, αυξήθηκε η αντοχή του νανοσύνθετου που αποκτήθηκε και η ικανότητα κατακράτησής του νερού και η απορρόφηση άλλων διαλυτών υλικών όπως το Pb (II). Κατεργασία με υπερήχους έσπασε τον εκκινητή και διασκορπίστηκε το MWCNTs ως ένα εξαιρετικό πληρωτικό στις αλυσίδες πολυμερών υπό αυξανόμενη θερμοκρασία.
Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι "συνθήκες αντίδρασης δεν μπορούν να επιτευχθούν με συμβατικές μεθόδους και η ομοιογένεια και η καλή διασπορά σωματιδίων στον ξενιστή δεν μπορεί να επιτευχθεί. Επιπλέον, η διαδικασία κατεργασίας με υπερήχους διαχωρίζει τα νανοσωματίδια σε ένα μόνο σωματίδιο, ενώ η ανάδευση δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Ένας άλλος μηχανισμός για τη μείωση του μεγέθους είναι η επίδραση ισχυρών ακουστικών κυμάτων στους δευτερεύοντες δεσμούς, όπως η συγκόλληση υδρογόνου, την οποία αυτή η ακτινοβολία σπάει τη σύνδεση H των σωματιδίων και, στη συνέχεια, διασπά τα συγκεντρωτικά σωματίδια και αυξάνει τον αριθμό των ελεύθερων προσροφητικών ομάδων όπως -OH και προσβασιμότητα. Έτσι, αυτό το σημαντικό γεγονός κάνει τη διαδικασία κατεργασίας με υπερήχους ως ανώτερη μέθοδο σε σχέση με τις άλλες, όπως η μαγνητική ανάδευση που εφαρμόζεται στις βιβλιογραφίες." [Μοχαμανζίνεζαντα κ.ά., 2018]
Υψηλής απόδοσης ultrasonicators για τη σύνθεση υδρογέλης
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό για τη σύνθεση των υδρογέλων. Από μικρό και μεσαίου μεγέθους R&D και πιλοτικά ultrasonicators σε βιομηχανικά συστήματα για την εμπορική κατασκευή υδρογέλης σε συνεχή λειτουργία, Hielscher Υπέρηχοι έχει τις απαιτήσεις της διαδικασίας σας καλύπτονται.
Οι υπερήχοι βιομηχανικής ποιότητας μπορούν να παραδώσουν πολύ υψηλά πλάτη, τα οποία επιτρέπουν αξιόπιστες αντιδράσεις διασταυρούμενης σύνδεσης και πολυμερισμού και την ομοιόμορφη διασπορά νανοσωματιδίων. Τα πλάτη μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να τρέξουν συνεχώς στη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένες υπερηχητικές sonotrodes.
- υψηλής απόδοσης
- Τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία & ευρωστία
- σύνολο παραγωγής & στη γραμμή
- για οποιονδήποτε τόμο
- έξυπνο λογισμικό
- έξυπνα χαρακτηριστικά (π.χ. πρωτόκολλο δεδομένων)
- CIP (καθαρός-στη θέση)
Ρωτήστε μας σήμερα για πρόσθετες τεχνικές πληροφορίες, τιμολόγηση και μη δεσμευτική προσφορά. Το πολύ έμπειρο προσωπικό μας είναι στην ευχάριστη θέση να σας συμβουλευτεί!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Μαζική Όγκος | Ρυθμός ροής | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200 ml / λεπτό | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 έως 20 λίτρα | 0.2 έως 4 λίτρα / λεπτό | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10 λίτρα / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100 λίτρα / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερος | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπερήχων κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασποράς, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Λογοτεχνία / Αναφορές
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε
Σε ποιες είναι οι υδρογέλες;
Οι υδρογέλες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες, όπως στη φαρμακευτική για την παράδοση φαρμάκων (π.χ. από του στόματος, ενδοφλέβια, τοπική ή πρωκτική χορήγηση φαρμάκων), φάρμακα (π.χ. ικριώματα στην μηχανική ιστών, εμφυτεύματα στήθους, εμβιομηχανικό υλικό, επιδέσμους τραυμάτων), καλλυντικά προϊόντα, προϊόντα φροντίδας (π.χ. φακοί επαφής, πάνες, σερβιέτες), γεωργία (π.χ. για σκευάσματα φυτοφαρμάκων, κόκκοι για τη συγκράτηση του εδάφους υγρασίας σε άγονες περιοχές), υλική έρευνα ως λειτουργικά πολυμερή (π.χ. για σκευάσματα φυτοφαρμάκων, κόκκοι για τη συγκράτηση του εδάφους υγρασίας σε άγονες περιοχές), υλική έρευνα ως λειτουργικά πολυμερή (π.χ. για σκευάσματα φυτοφαρμάκων, κόκκοι για τη συγκράτηση του εδάφους υγρασίας σε άγονες περιοχές), υλική έρευνα ως λειτουργικά πολυμερή (π.χ. εκρηκτικά πηκτώματα νερού). , ενθυλάκωση κβαντικών κουκίδων, θερμοδυναμική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας), αφυδάτωση άνθρακα, τεχνητό χιόνι, πρόσθετα τροφίμων και άλλα προϊόντα (π.χ. κόλλα).
Ταξινόμηση υδρογέλης
Όταν η ταξινόμηση των υδρογέλων γίνεται ανάλογα με τη φυσική δομή τους μπορεί να ταξινομηθεί ως εξής:
- άμορφη (μη κρυσταλλική)
- ημικρυσταλλικό: Σύνθετο μείγμα άμορφων και κρυσταλλικών φάσεων
- κρυστάλλινος
Όταν εστιάζουν στην πολυμερή σύνθεση, οι υδρογέλες μπορούν επίσης να ταξινομηθούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες:
- ομοπολυμερείς υδρογέλες
- συμπολυμερείς υδρογέλες
- πολυπολυμερείς υδρογέλες / υδρογέλες IPN
Με βάση τον τύπο διασταυρούμενης σύνδεσης, οι υδρογέλες ταξινομούνται σε:
- χημικά διασυνδεδεμένα δίκτυα: μόνιμες διασταυρώσεις
- φυσικά διασυνδεδεμένα δίκτυα: μεταβατικές συνδέσεις
Η φυσική εμφάνιση οδηγεί σε ταξινόμηση σε:
- Μήτρα
- Ταινία
- μικροσφαιρίδια
Ταξινόμηση με βάση το ηλεκτρικό φορτίο δικτύου:
- μη ιονικό (ουδέτερο)
- ιοντικό (συμπεριλαμβανομένου του ανιονικού ή κατιονικού)
- αμφοτερικός ηλεκτρολύτης (αμφολυτικός)
- ζουιτεριονικές (πολυβεταΐνες)
Υπερήχων υψηλής απόδοσης! Σειρά προϊόντων Hielscher καλύπτει το πλήρες φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο ultrasonicator πάνω από πάγκο-top μονάδες σε πλήρη βιομηχανική υπερήχων συστήματα.